磁控热防护系统高温流场与电磁场耦合计算方法

为了研究真实气体条件下霍尔效应对磁流体(MHD)控制热防护效果的影响,建立了热化学非平衡流场、外加磁场、霍尔电场的耦合计算方法。分析了耦合计算效率与电场更新间隔、电势残差收敛极限的关系。给出了采用非平衡霍尔系数模型时电场更新间隔和电势收敛极限的较优取值。研究表明,当霍尔系数较小(β=1.0)时,电场更新间隔大于100流场计算时间步时耦合计算效率较高,且导电壁面和绝缘壁面结论一致。当霍尔系数较大时,耦合计算时间过长,可适当增加电场迭代间隔和电势收敛极限以提高耦合计算效率。     

矩形栅格波导阵列单元的阵中特性

根据等效原理,用矩量法(MOM)导出求解仅激励中心单元条件下矩形栅格开口波导阵列各单元口面等效磁流的模型,在此基础上给出了激励单元的内部场、耦合场、反射系数、驻波系数,激励波导与阵中其他波导的耦合系数,以及远区场等阵中特性的计算公式。在不同工作频率下计算了一7单元×7单元开口波导矩形栅格阵中激励单元的等效磁流和阵中方向图,以及激励单元与阵中其他单元的耦合系数。研究表明:互耦对单元的阵中特性影响明显,阵中驻波系数明显大于孤立单元,单元间的耦合随工作频率增大而减弱。     

空气压强对激光推进器冲量耦合系数影响

设计并加工了激光推进器实验模型,以空气为推进工质,利用脉冲式CO2激光器,研究了空气压强对激光推进器冲量耦合系数影响。实验结果表明,空气压强对激光推进器性能有显著影响。在文中实验条件下,当空气压强大于6 kPa时,激光推进器冲量耦合系数随压强减小而减少较慢;当空气压强小于6 kPa时,激光推进器冲量耦合系数随压强减小而减少很快。     

高功率微波武器对卫星的威胁及防范措施

基于高功率微波(HPM)对电子系统的毁伤效应,重点分析了HPM的两种耦合方式,对前门耦合卫星天线、光学窗口的场强分布和后门孔缝耦合进行初步仿真计算,并对相应的防护措施作了论述.最后提出解决卫星设备抗HPM的思路和研究方向.     

缝耦合H—5接头的S参数研究

本文用ＭＭ方法分析计算了缝耦合矩形波导Ｈ－Ｔ接头的复杂散射矩阵参数。Ｈ－Ｔ接头中的耦合缝可取任意倾角，任意位置，同时考虑壁厚影响。理论值与实测值做了比较，Ｓ参数幺正性得到验证。文中展示了耦合系数及缝长与缝宽、壁厚、倾角之间的关系。     

地下矩形洞室应力分布的复变函数解

为了解决矩形洞室稳定性问题,利用复变函数在处理复杂形状边界方面的优势,对矩形洞室问题进行应力分析。计算得出矩形洞室围岩应力集中系数,并对矩形洞室不同高长比条件下应力变化规律,远场不同应力比情况下洞室围岩的应力变化规律进行研究,研究结果表明:随着应力比的增加,与最大主应力方向垂直的顶板和底板的应力集中系数线性增加,与最小远场应力方向垂直的边墙应力集中系数线性减小;随着洞室几何高长比的增大,洞室顶板和底板的应力集中系数线性增加,边墙应力集中系数线性减小。研究对地下工程的稳定性分析及支护设计具有指导意义。     

基于流固耦合航行体入水冲击数值模拟研究

针对航行体入水冲击过程中的流固耦合问题,利用任意拉格朗日 欧拉算法建立三维入水冲击数值仿真模型。首先,建立球体入水冲击数值模型,获取了入水过程中的冲击载荷和表面压力数据,通过与试验对比,探究网格密度、接触刚度耦合系数以及时间步长对仿真准确性的影响。结果发现,冲击区域网格密度和接触刚度耦合系数决定流固耦合接触刚度;冲击域的网状密度对冲击系数结果和入水速度变化有明显影响;耦合节点之间的接触刚度系数会影响局部压力峰值。最后,建立锥形头部圆柱体入水仿真模型,提出分段刚体计算截面载荷方法,研究不同速度下结构入水冲击加速度、速度、位移和截面载荷变化规律,与试验结果对比证明仿真准确性。     

结构参数对水升华器散热性能影响的研究

应用一维稳态导热模型,结合具有滑移效应的达西定律、气体通过小孔的流动模型,针对一套水升华器提出了稳态理论分析方法。分析了接触换热系数、排气通道面积两个关键结构参数对水升华器散热性能的影响,并开展了相关实验研究。仿真分析和实验结果表明:稳态散热量随流体回路冷板与给水腔之间接触换热系数增大而增大,接触换热系数较小时,散热量和接触换热系数呈强耦合关系,在接触换热系数较大时,二者呈弱耦合关系。分析表明:散热量随排气通道面积增大而增大,且存在临界排气孔面积,排气孔面积小于临界值时,散热量随排气孔面积的增大而急剧升高,排气孔面积大于临界值时,散热量随排气孔面积的增大而几乎不变。文章研究结果可为空间水升华器的设计提供参考。     

降低电磁波在再入等离子体中衰减的仿真分析

对电磁波在再入等离子体中的衰减特性进行了分析。在不减少辐射口面处等离子体电 子总数的条件下,提出一种极化方向电子密度周期变化分布降低电磁波衰减的方法。对于电 子密度均匀分布与再入过程中实际分布的等离子体模型,采用发射与接收天线,对电磁波在 等离子体中的传播特性进行仿真。得到了电子密度均匀分布与周期变化时的电场分布图,分 别计算了电子密度均匀分布与实际分布时的电磁波衰减,对原分布与周期变化分布时产生的 电磁波衰减进行比较。仿真结果表明,极化方向电子密度的周期变化,可有效改善电磁波的 传播特性,使电磁波衰减降低。
     

矩形波导纵缝阵列的矩量法分析

利用矩量法对矩形波导宽边纵缝阵列天线进行了理论分析和计算。首先利用缝隙口面切向磁场连续的条件建立关于未知电场的联立积分方程,考虑了所有的互耦、高次模及波导壁厚的影响,然后对两个实际阵列进行了编程计算,计算结果与文献和HFSS软件的仿真结果吻合良好,仿真过程中对矩形缝和半圆头缝进行了转换。     

空间机械臂的刚-柔耦合动力学研究

本文对作大范围运动的空间机械臂的刚-柔耦合动力学特性进行了研究，从连续介质力学理论出发，在变形位移中计及了耦合变形量，用Jourdain速度变分原理导出了作大范围运动的空间机械臂的动力学方程，分别用耦合模型和不计耦合变形量的零次近似模型计算了机械臂端点的变形位移，揭示了两种模型的动力学性质的差异。为了确定零次近似模型的适用范围，引入相关系数，仿真计算结果表明，零次近似模型仅适用于相关系灵敏的最大值小于0.1的情况。     

航天器在轨气体泄漏流场及声场特性仿真研究

航天器在轨运行安全受到空间碎片威胁,一旦发生泄漏必须及时发现与修补。泄漏流场及声场特性是声学泄漏检测的重要基础。为探究航天器在轨气体泄漏流场及声场特性,文章通过LES模型及Lighthill理论建立泄漏的流体动力学及声场模型,并进行仿真研究。针对不同孔径的漏孔,明确了泄漏模型的速度分布及声场特征,结论可为航天器在轨声学泄漏检测提供理论依据。     

X波段波导端头裂缝的互耦分析

用矩量法(MOM)导出求解X波段波导端头裂缝单元间互耦等效磁流的模型。在此基础上给出了等效磁流在激励和未激励单元内部产生的场、反射系数、驻波系数和两单元间耦合系数等的计算公式。分别在共E、H面条件下分析了两X波段波导端头裂缝互耦的影响,并对单元间不同相对距离和工作频率时的互耦影响规律进行了讨论。研究结果表明,该算法简单,计算值与测试结果吻合较好。     

一类刚-柔耦合系统的模态特性与实验研究

本文从理论和实验两方面研究了由中心刚体和柔性梁组成的刚柔耦合系统的模态特性。结果表明该系统的模态与静止情况正气结构动力学模态存在较大差异，系统的模态频率与刚体Hub和柔性梁的转动惯量比值有一定关系，这为研究这类刚柔耦合系统的动力学与控制问题提供了一些有益的参考。     

航天器抓捕后复合体系统稳定的协调控制研究

针对航天器抓捕后由于系统质量特性和动量的改变而导致复合体系统失稳的问题,提出了两种基于角动量守恒的协调控制方法:关节阻尼控制和关节函数参数化协调控制。这两种方法通过对各关节和飞轮的速度进行协调规划和控制,实现对系统角动量的管理和重分配,在实现对目标进行停靠的同时,保证了基座的稳定性。两种方法各有优缺点,其中,关节函数参数化在实现系统稳定的同时还可使机械臂处于期望的臂型,以方便开展在轨维修等服务操作。所提出的方法将实际飞轮作为动量交换装置,具有很好的工程可实现性。仿真结果验证了方法的有效性。     

脉冲热负荷下相变蓄热对蒸发循环制冷性能的影响

针对激光器等短时大功率器件的温度控制问题,提出了基于相变蓄热与蒸发循环制冷的热控制方法.以峰值热流密度为106 W/m2的激光器为控温对象,建立相变蓄热与蒸发循环制冷耦合的仿真模型,通过数值仿真对比研究了有无相变蓄热器及不同相变蓄热器耦合位置、压缩机转速及热负荷占空比情况下热源的温度波动幅度与制冷系统的制冷效率.结果表...     

温差发电器工作特性的数值研究

考虑温差材料的塞贝克效应及电流的珀耳帖效应,与传热方程相结合,建立了温差发电器的一维计算模型,数值模拟了温差发电器的热电耦合工作过程。分析了温差发电器的热环境、回路中负载电阻值等参数及温差电单体对的连接方式对发电器工作性能的影响。研究结果表明,提高温差发电器热端的加热热流或增加冷端的换热系数均能提高发电器的输出功率及热电转换效率,但两者的影响趋势不同;供电回路的负载电阻对发电器温差电元件的温度分布有明显的影响,并可导致发电器最大输出功率的状态点发生漂移;温差电单体对不同连接方式对发电器性能有明显的影响。     

喷管尺寸对电弧风洞流场和热环境的影响分析

为获得电弧风洞喷管尺寸对试验流场以及模型表面热流的影响规律,针对某特定模拟参数试验状态,采用高焓流动数值模拟方法对不同尺寸锥形喷管下的球柱校核模型试验流场进行了模拟和比较分析。研究发现,在模拟气流焓值和模型驻点热流的条件下,采用出口尺寸小的喷管所需电弧加热功率更低,同时单位流向截面上气流能量转化为模型驻点气动热的比例更低。不同喷管出口尺寸下,试验流场喷管出口区域热力学非平衡程度、波后氧原子质量分数、模型驻点区域压力以及表面传导热流和扩散热流占比都比较接近,但相较飞行状态存在明显差异;不同喷管出口尺寸下来流速度、激波脱体距离以及驻点线上平动温度之间的差异明显,喷管出口尺寸越大,其与飞行状态越接近。     

圆柱体落水过程多相流体动力特性数值分析

针对圆柱体大角度落水过程多相流动问题,采用VOF多相流模型和重叠网格技术分析了低弗劳德数条件下圆柱体落水过程空泡演化、水动力特性以及尺度效应的影响。结果表明:不同直径的圆柱体落水空泡均发生拉断闭合,且空泡闭合时间随弗劳德数增加而线性增大。除落水抨击和空泡闭合阶段外,升力系数在空泡闭合前的平均增长率比空泡闭合后快。阻力系数从落水撞击至空泡闭合阶段变化一致,但是在空泡闭合后出现分化现象。